Praktické problémy pri zváraní pozinkovaných plechov - Hadyna

Praktické problémy pri zváraní pozinkovaných plechovtechnologie svařováníIng. Miroslav Mucha, PhD.,IWE, AIR LIQUIDE SLOVAKIA s.r.o.Pozinkované plechy patria už dlhú dobu medzičasto používané materiály. Ich použitie sa rozšírilohlavne do oblasti automobilového priemyslu a bielejtechniky. Zinok vytvára na oceli antikoróznuochranu. Využíva barierový účinok krycej vrstvyale aj katodický účinok zinkového pokrytia.ODPOROVÉ BODOVÉ ZVÁRANIEČasti automobilovej karosérie patria medzi najčastejšiezvárané diely. Automobilová karosériasa zvára hlavne bodovým odporovým procesom.Pozinkovaný povrch plechov spôsobuje aj pritejto technológii problémy, ktoré sa musia riešiť,aby sa neznížila kvalita bodových spojov. Zjednodušenépopísanie problému je, že pri dotykubodových elektród vyrobených z CuCrZr zinokz plechu difunduje do povrchu elektrod a vytváramosadz. Tento jav je kontinuálny, tj. obsah zinkusa zvyšuje na povrchu elektrod, čím sa dramatickyzvyšuje odpor medzi elekródou a plechom. Tospôsobí zníženie odporu medzi plechmi, kde hopotrebujeme k vytvoreniu požadovaného zvaru.Následným ohrevom sa ďalej deformuje kontaktnáplocha elektrod, čím klesá prúdová hustota.Pokles kvality zvarov je veľmi rýchly. Uvedené sarieši použitím sytémov zvyšujúcich zvárací prúdresp. aj čas podľa pevne nastaveného programualebo podľa neakej technologickej veličiny charakterizujúcejproces napr.: tepelnej expanzie.Obr. 1. Preplátovaný spoj MIG – spájkovanie [5]Podrobnejšie rozobratie tejto problematiky nie jepredmetom tohoto článku.Na karosérii sa vyskytujú aj miesta, ktoré samusia spojiť tak, aby spoj bol kontinuálny,nepriepustný a dostatočne pevný. Jedna z možnostíje použiť oblúkovú technológiu zváraniaalebo spájkovania.V automobilovom priemysle sa už dlhší časpoužívajú na časti karosérií a v súčasnosti aj nakompletné karosérie pokovené plechy. Najviacejpoužívanými sú žiarovo pozinkované a galvanickypozinkované plechy [1]. Hrúbka zinkovejvrstvy je 7 až 12 mikrometrov.MIG – ZVÁRANIEVýsledok MIG zvárania pozinkovaných plechovovplyvňuje vznik zinkových pár a oxidov zinku,čoho výsledkom sú póry, defekty koreňovejčasti, trhliny (zinc cracking), veľký rozstrek a nestabilnéhorenie oblúka. Najväčšie problémy prizapálení a horení oblúka spôsobuje vyparovaniezinku medzi teplotou varu Zn 907 °C a teplotoutavenia ocele 1 500 °C. Transfer kvapiek kovuz prídavného materiálu ( Fe drôtu ) je taktiežnepriaznivo ovplyvňovaný zinkovými parami[1]. Vzniká paradoxná situácia, keď z hľadiskastability oblúka a prenosu kovu potrebujeme čonajnižší tepelný príkon, ale z dôvodu odplyneniatavného kúpeľa zase príkon musí byť dostatočneveľký. V každom prípadepoškodenie zinkovejvrstvy z hľadiskakoróznej ochrany je takveľké, že si vyžadujeopravu.Jedným z možnýchriešení podľa AIRLIQUIDE je použiť drôtCarbofi l Galva(EN 440:G2Ti) ochrannýplyn ARCAL 14(ISO14175:2008M14-ArCO-3/1) [2].Obr. 2. Makrovýbrus z přeplátovaného spoja [5]Resp. rúrkový drôt s kovovým práškom SAFDUAL Zn (EN758 T3TZV1H15) s plynom AR-CAL 14. Typické zváracie parameter sú I = 100 A,U = 11-12 V.Jednou z alternatív MIG zvárania je MIG – spájkovaniealebo TOPTIG.MIG – SPÁJKOVANIEZ predchádzajúcej stručnej analýzy MIGprocesu je zrejmé, že ak by sme dokázali znížiťtepelný príkon resp. teplotu kúpeľa na cca900 – 1 000 °C, čiže znížili množstvo odparenéhozinku, pomohlo by to nielen v operatívnychvlastnostiach procesu ale aj metalurgickejkvalite zvarového kovu. Popisované spľňa MIGspájkovanie, kde sa používa ako prídavnýmateriál spájka na báze medi s 3 % Si a 1% Mns teplotou tavenia 910–1 025 °C [3]. Vo fi rme AIRLIQUIDE sa používa označenie COPPERFIL Cu-Si3 ( DIN 1733:SG - CuSi3). Teplota tavenia Zn jeObr. 3. Spoj spájkovaný TOPTIG [7]420 °C. Počas procesu roztavený Zn zostáva napovrchu oceľového plechu a spolu s prídavnýmmateriálom vytvára mosadznú spájku. PercentoZn v mosadzi sa mení v súvisloti so vzdialenosťouod stredu spájkovacieho kúpeľa. Najväčšiepercento Zn je na hranici Zn-spájka.Z hľadiska výroby automobilových karosériíje najdôležitejšie dosiahnuť povrch, ktorý sauž nemusí upravovať. Je nevynutné dodržiavaťpravidlo čo najmenšieho tepelného príkonu, abysme sa vyhli nadmernému odparovaniu Zn, čoby ovplyvnilo rozstrek a povrch spájkového šva[3]. Toto je dominantný faktor, pretože rozstrekspájky na pozinkovanom materiály je odstrániteľnýlen brúsením, čo celkom zničí zinkovépokrytie na okolí spoja.TECHNOLOGICKÉ PODMIENKY SPOJAV niektorých prípadoch je možné použitímkrátkeho oblúka dosiahnuť kvalitný povrch spoja.Je to závislé od dôsledného dodržiavania technologickejdisciplíny, hlavne musí byť dodržanákonštantná vzdialenosť hubice od spájaného materiálu– odporúča sa 10 mm [3, 4]. Akékoľveknepresnosti vo vedení horáku zapríčinia zvýšenieSVĚT SVARU / 7

technologie svařovánírozstreku. Je to samozrejme spojené s charakteristikouzváracieho zdroja a s dokonalýmpodávaním drôtu. Táto technika je úspešnejšiav pozícii PG.Zlepšiť situáciu je možné použitím programovateľnéhozdroja a využitím pulzného prúdu. Nazváranie pozinkovaných plechov a zvlášť pri spájkovaní(nízke prúdy, nízka podávacia rýchlosť)je výhodné, aby zvárací zdroj disponoval s veľmistrmým nárastom pulzného prúdu. Takto jemožné individuálne podľa hrúbky zinkovej vrstvya prídavného materiálu nastaviť prenos „jednakvapka na pulz“ [3].Zloženie ochranného plynu má vplyv aj nacelkový proces spájkovania. Ovplyvňuje hlavneprofi l šva, zatekanie spájky, čistotu spoja, vytváranietrhlín.Ako ochranný plyn sa často používa čistý Ar.Tento plyn zabezpečí najlepšiu čistotu spájkovanéhospoja ale profi l spoja je vysoký kvôli vysokémupovrchovému napätiu roztavenej spájky.Ak sa použije ako ochranný plyn Ar s určitýmpercentom aktívného plynu O 2alebo CO 2viemeovplyvniť samotný proces.Plyn s obsahom 1–3 % CO 2má stabilizujúciúčinok na oblúk a tým na prenos spájky dospoja a znižuje povrchové napätie kúpeľa a týmje spájka tekutejšia a profi l spoja je plochší.Plyn s obsahom 0,5–1 % (max. 2 %) O 2mápodobné účinky len z väčším efektom [2, 3] .Nevýhodou je vznik oxidov medi Cu 2O, ktorésa vylučujú po hraniciach zŕn a pri ďaľšomspracovaní lisovaním môžu vytvoriť trhliny. Totoje spojené so spôsobom dezoxidácie media Si obsiahnutý v Carofi l CuSi3 je veľmi účinnýdezoxidant, takže pravdepodobnosť skrehnutiaspoja je nízka [2]. Estetická nevýhoda je tmavosfarbený povrch spoja.Je samozrejmé, že spájkovanie má spľňaťaj iné vlastnosti ako maximálnu pevnosť spoja.Hlavne pri spájaní pokovených plechov, kdechceme eliminovať poškodenie ochrannej vrstvy.Napriek tomu určité pevnostné vlastnosti musímať. Vo všeobecnosti sa konštatuje, že pevnostnévlastnosti sú postačujúce [2, 4]. Môžu maťdokonca väčšiu pevnosť ako zvárané spoje, ak sadokáže vytvoriť kapilárny spoj s väčšou plochou.Musíme si uvedomiť, že pevnosť spájky SGCuSi3 je 360 N/mm 2 a MIG – Spájkovanieje väčšinou nánosové a teda tvar spoja trebanavrhnúť z pevnostného hľadiska tak, aby boloptimálny. V materiáli [3] sa uvádza, že testovanépreplátované spájkované spoje SG CuSi3 sapretrhli v spájke. Príprava vzoriek podľa EN 895.Podobné výsledky sa konštatujú v literatúre [6].Dôležité je, aby sme v snahe o čo najmenší tepelnýpríkon a najkrajší povrch spoja nedosiahlinamiesto spájkovaných spojov „studené spoje“.TOPTIGTOPTIG je nový spôsob ako splniť požiadavkyna montáž veľmi tenkých plechov v robotike.Koncept horáka poskytuje veľmi dobrú prístupnosťpri zložitých komponentoch, ktoré sa majúzvárať. Nevyžaduje špecifi ckého robota (štandardnýMIG MAG robot) s dodatočnou osou.Pretože TOPTIG používa techniku TIG, prenoskovu je prakticky nezávislý od oblúku a týmumožňuje úplne bezrostrekový proces zváraniaaj spájkovania. [7]Vďaka ďalším funkciám ako automatickýmenič držiakov a konektor pre rýchle pripojeniepodávača drôtu horák značne zvyšuje efektiviturobota.Viaceré testy s pilotným zákazníkom ukázali,že hlavný záujem je pri spájkovaní karosérií.V tomto prípade je tu možnosť použiť drôtCuAl, ktorý umožňuje dosiahnutie zaujímavýchmechanických vlastností bez krehkej zóny v čiarenatavenia a bez rozstreku, čo bolo najväčšounevýhodou tohto drôtu pri aplikáciách MIG (rozstrekvysoko priľnavý k povlaku). TOPTIG nie jeurčený len na dlhé švy, aby zmenšil deformácie,ale aj na opakované krátke švy, pri ktorých samusí dbať na maximálnu efektivitu dĺžky (dĺžkapenetrácie/celková dĺžka švu).ZHRNUTIEV příspěvku sme sa pokúsili stručne načrtnutproblémy zo zváraním pozinkovaného plechupoužívaného v automobilovompriemyslea podobných odvetviach(priemyselnéklimatizácie a pod.)Uvedená problematikaje veľmi široká a kukaždej tu spomenutejtechnológii existujemnožstvo článkova technických dokumentov.V příspěvkusú stručne popísanéproblémy zo zváranímpozinkovaných plechova ich možnýchriešením.Obr. 4. Horák TOPTIG-u[7]POUŽITÁ LITERATÚRA[1] DILTHEY U., REISGEN U., 000 DICKERS-BACH J., WARMUTH P.: Resistance spotwelding metal-active gaswelding of galvanisedsheets. Welding and cutting 52 (2000),c. 11, s. 660–667.[2] Interný dokument AIR LIQUIDE.[3] ROHDE H., KATIC J., PASCHOLD R.: ESABpulsed gas-shielded metal arc brazing ofsurface-coated sheets. Svetsaren 2000, c. 3,s. 20–23.[4] DILTHEYU., BACHEM H.: GMA-Brazing ofgalvanised and alloyed steels an alternativejoining technology in vehicle construction.IIW Doc. XII-1630-00.[5] SCHWARZ B., PLÍHAL A., MARTINEC J.,ŠVEIDLER Z.,SCHLIXBIER M.: Metoda GMAurčená pro svařování pozinkových plechú.XXV Dni svarovací techniky, Vamberk 2002.[6] SEJČ P.: Hodnotenie parametrov MIG/MAGspájkovania pozinkovaných plechov navlastnosti a štrukturu spoja. Zbornik SZS,Bratislava Máj 2002.[7] FORTAIN, J.M. GUIHEUX1), S. OPDERBEC-KE, T.: TOPTIG-alternatíva zvárania tenkýchplechov. Konfercia Zváranie 2006. Tatr.Lomnica, nov. 2006.Školicí středisko ČSÚ s.r.o. Ostrava bude v průběhu roku 2009 realizovat celoroční doškolovací vzdělávací program,určený pro vyšší svářečský personál se zaměřením na rozvoj a udržování odborně-technické úrovně.Kurzy a semináře pro rok 2009 Termín Místo konání Přihlášky VýstupMezinárodní svářečský specialista Duben 13. 04. – 15. 05. 2009 ČSÚ s.r.o. Ostrava L. BučkováDiplom CWS-ANBIWSSvařování v jaderné energetice IV.20. 04. – 22. 04. 2009 Ostravicehorský hotel SepetnáA. Pindorová OsvědčeníSpecializační kurz pro svařováníbetonářských ocelíKvěten 25 .05. – 27. 05. 2009 ČSÚ s.r.o. Ostrava L. Bučková Diplom CWS-ANBMezinárodní svářečský inženýr Srpen 24. 08. – 23. 10. 2009 ČSÚ s.r.o. Ostrava L. BučkováDiplom CWS-ANBIWIMezinárodní svářečský technolog 24. 08. – 09. 10. 2009 ČSÚ s.r.o. Ostrava L. BučkováDiplom CWS-ANBIWTNové materiály, technologie a zařízenípro svařováníZáří 23. 09. – 25. 09. 2009 Ostravice12. ročník mezinárodního semináře pro vyššíhorský hotel SepetnáA. Pindorová Osvědčenísvářečský personálSeminář pro svářečské školy Říjen 21. 10. 2009 ČSÚ s.r.o. Ostrava M. Ihazová OsvědčeníMezinárodní konstruktér svařovaných konstrukcí 26. 10. – 13. 11. 2009 ČSÚ s.r.o. Ostrava L. Bučková Diplom CWS-ANBSpecializační kurz pro svařování betonářskýchocelí19. 10. – 21. 10. 2009 ČSÚ s.r.o. Ostrava L. Bučková Diplom CWS-ANBMezinárodní svářečský specialista Listopad 02. 11. – 04. 12. 2009 ČSÚ s.r.o. Ostrava L. BučkováDiplom CWS-ANBIWSMezinárodní svářečský inspekční personálDiplom CWS-ANBÚroveň - C (inženýr/technolog),23. 11. – 11. 12. 2009 ČSÚ s.r.o. Ostrava L. BučkováIWI-Cpracoviště ATG/ČSÚMezinárodní svářečský praktik – instruktorsvařování02. 11. – 27. 11. 2009 ČSÚ s.r.o. Ostrava M. IhazováDiplom CWS-ANBIWP, Certifi kát8 /SVĚT SVARU